活性炭和活性炭纤维在防护口罩中的应用

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为开发出能够达到较高防护能 力的口罩, 必须选择能够对微粒有 高效过滤效率的过滤介质。防毒面
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综述
CPPE China Personal Protective Equipment
具、口罩和防护服是活性炭最早的 应用形式。活性炭纤维作为口罩的 过滤系统能有效阻挡粒径较小的有 害气体或微粒侵入人体, 从而达到 防 尘 、防 毒 、防 化 和 防 菌 的 综 合 效 果。
的 1.5~10 倍。
发现在纺织材料中由于机织和针织
( 3) 孔径分 布 窄 , 且 主 要 以 微 织物都是二维交织而成的结构, 使
孔为主, 孔径小和力场重叠的特点 得它们难以对微尘粒子进行有效
对低浓度物质有较好的分离作用, 屏蔽和过滤, 因此选用了呈三维立
并且可以通过各种手段来调节孔径 体且具微孔结构的非织造布作为
表 1 活性碳纤维防护口罩与普通纱布口罩的性能对比
而可以有效地阻挡飞沫进入口罩 内层, 而且纳米材料所含的银抗菌 离子可以有效地杀死病菌。 3.3 活性炭在防护口罩中的应用
防毒面具、口罩和防护服是活 性炭应用最早的形式。根据不同的 环境状况, 有的活性炭还需要经过 化学药品的处理, 添加不同的催化 剂, 才能对有害气体进行有选择的 吸附。
( 6) 体密度小, 蓄热少, 操作安 有较好的过滤效果, 并且各项试验
全。
数据显示: 熔喷法非织造布能达到
( 7) 良好的 成 型 性 , 可 以 做 成 国家标准规定的过滤效率指标。
各种形态的吸附剂。
( 3) 超微细纤维高效滤布材料
3 活性炭、活性炭纤维在防护口罩 中的应用
口罩 超微细纤维熔喷材料是一种高
与吸附质接触面积大且可以均匀接 到的。
触, 增加了吸附几率, 提高了吸附材
( 2) 非织造布过滤材料口罩
料的利用率。
随着科技的发展, 非织造布的
( 2) 外表面积大, 吸附、脱附速 出现为防护用品提供了更为可靠的
度快, 约为活性炭的 10~100 倍; 吸 选择。通过对各种材料的组合方式
附容量大, 吸附效率高, 约是活性炭 进行反复细致的研究、试验和摸索,
1962 年, 美国专利首次涉及到 活 性 炭 纤 维 技 术 , Abbott 以 粘 胶 纤 维为原料, 进行炭化和活化等处理 后成功地制成了活性炭纤维; 同年, 日本进藤以特种聚丙烯酯为原料, 制得 PAN 基活 性炭纤维; 1972 年, Arons 和 Macnair 以 酚 醛 为 原 料 制 得活性炭纤 维; 1975 年, 日本东洋 纺织公司制成高性能粘胶基活性 炭 纤 维 和 再 生 活 性 炭 纤 维 ; 1983
效过滤材料, 具有过滤效率高、空气
3.1 防护口罩现状
阻力小、耐腐蚀等优点, 并且与其他
由于我国刚刚颁布防护口罩的 材料进行复合后使用效果更好。其
技术标准, 所以目前市场上口罩的 特 点 是 : 纤 维 直 径 为 300 nm, 通 过
质量、性能良莠不齐。现在医院使 驻极, 可以提高过滤效率, 同时不影
随着活性炭纤维制备工艺的发
应用
( 1) 对 生 物 和 细 菌 有 良 好 的 展, 我们可以制备出具有高吸附量、
活性炭纤维防护口罩由活性炭 吸 附 能 力 , 对 细 菌 的 抑 菌 率 可 达 高抑菌率、小直径、应用时间长等优
纤维内芯、无纺布内罩、白色纯棉布 96%~99%。对低浓度的吸附质有很 点的医疗应用口罩。活性炭纤维将
效活性炭布组成, 可有效阻隔空气 中的微粒飘尘, 吸附各种工业废气
性挥发物、农药、SO 2、Cl2 等刺激性 性挥发物的化工物质场所, 活性炭 气体的场合, 防毒、除 臭 效 果 显 著 。 纤维防护口罩能起到普通口罩不能
如苯、甲醛、氨气等 , 减 低 有 害 气 体 主 要 品 种 包 括 : 4 层 、6 层 、8 层 和 9 起的作用, 有效防止 5 μm 以下的
外罩和鼻夹组成。这种口罩的性能 高的吸附量。在医院, 尤其在病房 会越来越被人们认识和认可, 也必
和适用范围都远远超过了普通纱布 中, 空气净化器可以用负压操作来 将会迎来广阔的市场前景。
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0.2 nm 的微孔组成, 微孔含 量 多 达 90%以上。根据原料或 活化条件的 不同还有少量中孔, 但是没有大孔, 微孔由纤细的毛细管壁构成, 大量 的微孔使 ACF 的表面积增大, 故吸 附能力也随之加强。纤维直径小, 吸附质扩散路径短, 使其对吸附质 显现出良好的动力学特征, 吸附、脱 附速率相当快。
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活性炭和活性炭纤维 在防护口罩中的应用
周长年 1 郝新敏 2 廖 青 1 ( 1 北京服装学院材料工程学院 2 总后军需装备研究所)
摘要: 活性炭, 活性炭纤维由于其大比表面积 和微孔结构、高吸附能力 和高表面活性而成为独特的吸附材料。活性炭纤维防护口罩能有效防 止 5 μm 以下的飘尘和由呼吸道传播的多种病菌, 真正起到了防护作 用, 这是普通口罩不能相比的。 关键词: 活性炭 活性炭纤维 防护口罩
吸附量大, 容易吸附脱附, 并且吸附
机气体、酸挥发物、农 药 、二 氧 化 硫 3.5 活 性 炭 纤 维 在 医 疗 卫 生 方 面 脱附速率快, 容易再生。
等刺激性的场合使用, 防毒、除臭效 的作用
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4 结束语
果显著。
活性炭纤维在医疗卫生应用方
3.4 活 性 炭 纤 维 在 防 护 口 罩 中 的 面有以下几个优点:
2 活性炭及活性炭纤维的发展
2.1 活性炭的发展 18 世纪末, 人们发现了木炭具
有吸附能力, 这一发现导致木炭于 1794年 在 英 国 精 制 糖 厂 首 次 获 得 工 业应用。后来人们又在各种原料制 成的活性炭中, 发现椰子壳活性炭 具有最出色的吸附性能, 并且它的 质地致密坚固, 这种材料一战中被 用于防毒面具, 它是当时能得到的 唯一的高级吸附剂 。1900 年, 奥斯 特雷杰科发明了氯化法生产活性 炭的工艺, 开辟了活性炭生产的现 代工艺新途径, 随着化学工业的迅 速发展, 活性炭的研究和应用得到 了很大的扩展。现在, 活性炭作为 一种孔隙发达的材料, 已被广泛应 用于分离、精制、催 化 剂 、试 剂 回 收 及防护装备中, 特别是在环境治理 方面得到了广泛应用。 2.2 活性炭纤维的发展
对 人 体 呼 吸 系 统 造 成 的 伤 害 。3M 层活性 碳纤维纱 布 口 罩 , 活 性 碳 纤 飘尘和由呼吸道传播的多种病菌。
杯型活性炭口罩吸附性能更优越, 维弧形口罩, 活性碳纤维杯形口罩,
( 3) 活 性 炭 纤 维 吸 附 能 力 强 ,
防尘效率更高, 特 别 适 用 于 在 含 有 3M 活性碳纤维口罩等。
形成分子筛从而达到分离目的。
高过滤效率的过滤介质。非织造布
( 4) 吸 附 层 薄 , 可 以 使 设 备 更 有很多类型, 其中针刺非织造布、浸
加小型化。
渍法化学粘合非织造布、湿法非织
( 5) 强度大, 不易粉化, 二次污 造布、水刺法非织造布、纺粘法非织
染小, 同时纯度高, 杂质少。
造布和熔喷法非织造布等都对颗粒
用的大部分口罩只能防尘, 对医务 响气流阻力; 纤维中超细纤维随机
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排列, 形成大量微小孔隙, 纤维重 口罩( 见表 1) 。由于口罩采用活性 实施, 将活性炭纤维加工成活性炭
年, 日本炭素公司和尤尼吉卡公司 工作人员起不到防护作用, 更谈不
开 发 生 产 沥 青 基 活 性 炭 纤 维 ; 1977 上阻挡飞沫和空气中传播的病毒。
年, 商品粘胶( 纤维素) 基活性炭纤 3.2 防护口罩的分类
维 问 世 , 其 后 聚 丙 烯 腈 ( PAN ) 基 、
( 1) 普通脱脂纱布口罩
1 前言
活 性 炭 ( AC) 是 一 种 具 有 多 孔 结构和大的内部比表面积的材料。 活性炭由于其大比表面积、微孔结 构、高吸附能力和高表面活性而成 为独特的多功能吸附剂。
活 性 炭 纤 维 ( ACF) 是 20 世 纪 70 年 代 开 发 出 的 新 型 功 能 性 吸 附 材料, 它采用有机纤维为原料, 经碳 化、活化后制成。ACF 的孔结构分 布基本上呈单分散型, 主要由小于
活性炭口罩有平面活性炭口
口罩名称
过滤效率 透过率
层数


活性炭纤维 ― 82.6~94.7 < 18

5.4 94.6
普通纱布口罩 12
5.6
94.4
16 10.4 89.6
碘吸附量 mg /g
≥850

苯吸附率 %
备注
引自国家劳动
保护用品质量
≥30
监督检验中 心、国家煤炭
科学研究总院
定期检测报告
引自中国个体
纳米材料口罩是中国科学院化 能有效阻挡直径比较小的有害气体
( 2) 通常病毒的大小在几十纳
学研究所所属中科纳米科技中心专 或微粒侵入人体, 从而达到防尘、防 米左右, 普通纱 布 口 罩 在 使 用 几 个
家采用纳米材料制成, 其织物表面 毒、防化和防菌的综合效果。
小时后就必须更换。如果将活性炭
具有超强的疏水性能, 油性、水溶性 等物质均不直接黏附在材料上, 从
叠, 并且排列成网可以做到透气不 炭纤维材料做 滤 芯 , 加 上 有 一 定 防 纤维筒式滤芯来吸附。空气净化器
透水, 耐酸碱, 无毒, 防潮。
尘 作 用 的 无 纺 布 内 罩 和 纯 棉 布 外 设计成 4 L /min, 即能满足医院的
( 4) 纳米材料口罩
罩, 组成一个 3 级过滤系统。该系统 要求。
酚醛基、沥青基 相 继 实 现 工 业 化 生
普通脱脂纱布口罩是经纬纱线
产。
交织而成, 单层孔径很大, 须靠多层
2.3 活性炭纤维的优点
叠加来增加过滤效率, 但是纱布的
活性炭纤维与粒状活性炭相比 结构特点决定其只能够阻止介质颗
具有以下优点:
粒直径较大的粉尘及病菌, 要高效
( l) 纤维直径一般为 10~13 μm, 阻隔、捕集微细病毒颗粒, 是难以达

防护装备, 2003
( 3) : 15~16
罩、3M 杯型活性炭口罩等。其中平
活性碳纤维防护口罩的主要特 纤维制成活性炭纤维口罩, 除了延
面活性炭口罩 结 构 由 两 层 无 纺 布 、 点是: 具有防毒、滤菌、除臭、阻尘等 长 使 用 时 间 , 还 具 有 防 毒 、滤 菌 功
内 夹 一 层 超 细 熔 喷 滤 纸 和 一 层 高 功效; 特别适用于含有有机气体、酸 能。在含有大量有机气体、农药、酸
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